Spontaneous cell polarization: Feedback control of Cdc42 GTPase breaks cellular symmetry.

Spontaneous polarization without spatial cues, or symmetry breaking, is a fundamental problem of spatial organization in biological systems. This question has been extensively studied using yeast models, which revealed the central role of the small GTPase switch Cdc42. Active Cdc42-GTP forms a coherent patch at the cell cortex, thought to result from amplification of a small initial stochastic inhomogeneity through positive feedback mechanisms, which induces cell polarization. Here, I review and discuss the mechanisms of Cdc42 activity self-amplification and dynamic turnover. A robust Cdc42 patch is formed through the combined effects of Cdc42 activity promoting its own activation and active Cdc42-GTP displaying reduced membrane detachment and lateral diffusion compared to inactive Cdc42-GDP. I argue the role of the actin cytoskeleton in symmetry breaking is not primarily to transport Cdc42 to the active site. Finally, negative feedback and competition mechanisms serve to control the number of polarization sites.

Does evolution lead to maximizing behavior?

A long-standing question in biology and economics is whether individual organisms evolve to behave as if they were striving to maximize some goal function. We here formalize this "as if" question in a patch-structured population in which individuals obtain material payoffs from (perhaps very complex multimove) social interactions. These material payoffs determine personal fitness and, ultimately, invasion fitness. We ask whether individuals in uninvadable population states will appear to be maximizing conventional goal functions (with population-structure coefficients exogenous to the individual's behavior), when what is really being maximized is invasion fitness at the genetic level. We reach two broad conclusions. First, no simple and general individual-centered goal function emerges from the analysis. This stems from the fact that invasion fitness is a gene-centered multigenerational measure of evolutionary success. Second, when selection is weak, all multigenerational effects of selection can be summarized in a neutral type-distribution quantifying identity-by-descent between individuals within patches. Individuals then behave as if they were striving to maximize a weighted sum of material payoffs (own and others). At an uninvadable state it is as if individuals would freely choose their actions and play a Nash equilibrium of a game with a goal function that combines self-interest (own material payoff), group interest (group material payoff if everyone does the same), and local rivalry (material payoff differences).

Pre-existing astrocytes form functional perisynaptic processes on neurons generated in the adult hippocampus.

The adult dentate gyrus produces new neurons that morphologically and functionally integrate into the hippocampal network. In the adult brain, most excitatory synapses are ensheathed by astrocytic perisynaptic processes that regulate synaptic structure and function. However, these processes are formed during embryonic or early postnatal development and it is unknown whether astrocytes can also ensheathe synapses of neurons born during adulthood and, if so, whether they play a role in their synaptic transmission. Here, we used a combination of serial-section immuno-electron microscopy, confocal microscopy, and electrophysiology to examine the formation of perisynaptic processes on adult-born neurons. We found that the afferent and efferent synapses of newborn neurons are ensheathed by astrocytic processes, irrespective of the age of the neurons or the size of their synapses. The quantification of gliogenesis and the distribution of astrocytic processes on synapses formed by adult-born neurons suggest that the majority of these processes are recruited from pre-existing astrocytes. Furthermore, the inhibition of astrocytic glutamate re-uptake significantly reduced postsynaptic currents and increased paired-pulse facilitation in adult-born neurons, suggesting that perisynaptic processes modulate synaptic transmission on these cells. Finally, some processes were found intercalated between newly formed dendritic spines and potential presynaptic partners, suggesting that they may also play a structural role in the connectivity of new spines. Together, these results indicate that pre-existing astrocytes remodel their processes to ensheathe synapses of adult-born neurons and participate to the functional and structural integration of these cells into the hippocampal network.

Etude in vitro de l'activité électrique du tissu nerveux obtenu par culture de biopsies cérébrales humaines adultes

Récemment encore, la neuro-genèse chez le primate adulte était supposée limitée aux régions précises que sont le bulbe olfactif, la zone sous-granulaire de l'hippocampe et la région sous- ventriculaire. Depuis lors, des cellules neurales progénitrices distribuées dans l'ensemble du cortex du primate adulte furent mises en évidence. Cultivées in vitro, ces cellules forment des écosystèmes cellulaires nerveux constitués de progéniteurs neuronaux, d'astrocytes et d'oligo- dendrocytes. Transplantés sur un modèle de primate parkinsonien, certains progéniteurs complètent leur différentiation en neurones matures et développent des propriétés neuro- trophiques et neuro-protectrices. Injectées aux environs d'une lésion cérébrale, ces cellules offrent un bénéfice fonctionnel et comportemental significatif. Le présent projet mesure l'activité électro-physiologique du tissu nerveux obtenu par culture de biopsies corticales humaines adultes, de sorte à déterminer son aptitude à intégrer l'information. Des biopsies corticales humaines adultes furent cultivées in vitro avec succès sur un support Micro-Electrode-Array. Cette technologie permet l'acquisition d'enregistrements électro- physiologiques à l'échelle des circuits, au sein d'un tissu maintenu en culture. En parallèle, une mesure de l'activité à l'échelle cellulaire fut obtenue par l'application du Patch Clamp à des cellules cultivées sur un support de verre. Malgré une culture prolongée et l'induction d'une différentiation neuronale, aucune activité électro-physiologique significative ne put être démontrée. Une analyse phénotypique à un stade intermédiaire de culture montra l'expression prometteuse du marqueur neuronal précoce β-Tubulin-III. Cependant, après l'induction d'une différenciation neuronale, la surprenante co-expression de marqueurs astroglial (GFAP) et neuronal (MAP2) fut constatée. Le silence électro-physiologique issu des enregistrements sur MEA peut être l'oeuvre d'un isolement des cellules électriquement actives, et d'un défaut d'organisation en réseau. Une interposition de tissu glial entre neurones et électrodes peut également absorber le signal. Par ailleurs, les cellules enregistrées par Patch Clamp furent déterminées selon le seul critère morphologique ; leur nature exacte demeure inconnue. Les analyses phénotypiques laissent supposer l'entrée dans une voie de maturation neuronale par l'expression du marqueur β- Tubulin-III. Toutefois le phénotype exprimé au terme du processus de culture reste incertain. Des facteurs de maturation ou environnementaux semblent faire défaut à la complétion d'une différentiation neuronale. La culture de neurones bien différenciés et électriquement actifs appelle de nouvelles études in vivo, ainsi qu'une analyse fine des voies intracellulaires de maturation.

Random walk radiosity with generalized absorption probabilities

The author studies random walk estimators for radiosity with generalized absorption probabilities. That is, a path will either die or survive on a patch according to an arbitrary probability. The estimators studied so far, the infinite path length estimator and finite path length one, can be considered as particular cases. Practical applications of the random walks with generalized probabilities are given. A necessary and sufficient condition for the existence of the variance is given, together with heuristics to be used in practical cases. The optimal probabilities are also found for the case when one is interested in the whole scene, and are equal to the reflectivities

A Novel Missense Mutation, I890T, in the Pore Region of Cardiac Sodium Channel Causes Brugada Syndrome

Brugada syndrome (BrS) is a life-threatening, inherited arrhythmogenic syndrome associated with autosomal dominant mutations in SCN5A, the gene encoding the cardiac Na₊ channel alpha subunit (Naᵥ1.5). The aim of this work was to characterize the functional alterations caused by a novel SCN5A mutation, I890T, and thus establish whether this mutation is associated with BrS. The mutation was identified by direct sequencing of SCN5A from the proband’s DNA. Wild-type (WT) or I890T Naᵥ1.5 channels were heterologously expressed in human embryonic kidney cells. Sodium currents were studied using standard whole cell patch-clamp protocols and immunodetection experiments were performed using an antibody against human Naᵥ1.5 channel. A marked decrease in current density was observed in cells expressing the I890T channel (from -52.0 ± 6.5 pA/pF, n=15 to 35.9 ± 3.4 pA/pF, n = 22, at -20 mV, WT and I890T, respectively). Moreover, a positive shift of the activation curve was identified (V½ =-32.0 ± 0.3 mV, n = 18, and -27.3 ± 0.3 mV, n = 22, WT and I890T, respectively). No changes between WT and I890T currents were observed in steady-state inactivation, time course of inactivation, slow inactivation or recovery from inactivation parameters. Cell surface protein biotinylation analyses confirmed that Nav1.5 channel membrane expression levels were similar in WT and I890T cells. In summary, our data reveal that the I890T mutation, located within the pore of Nav1.5, causes an evident loss-of-function of the channel. Thus, the BrS phenotype observed in the proband is most likely due to this mutation

Preliminary study of insect attraction by a mixture of semiochemicals containing 1,2,4-Trimethoxybenzene in domestic citric-culture

In this work we describe a new efficient strategy for the preparation of 1,2,4-trimethoxybenzene (3) in 56% overall yield. The compound 3 was used in a preliminary study of insect attraction by a mixture of semiochemicals called TIV, composed of indol (1), vanillin (2) and 1,2,4-trimethoxybenzene (3), in eight Mc Phail style traps installed at a domestic orchard of citric-culture, containing 120 trees not infected by plagues in Bom Jesus Farm, located next to a patch of the Atlantic Forest, at Silva Jardim, Rio de Janeiro, Brazil.

Spatial and Spectral Separability of Grasslands in the inner Turku Archipelago using Landsat Thematic Mapper Satellite Imagery

The present study investigates the spatial and spectral discrimination potential for grassland patches in the inner Turku Archipelago using Landsat Thematic Mapper satellite imagery. The spatial discrimination potential was computed through overlay analysis using official grassland parcel data and a hypothetical 30 m resolution satellite image capturing the site. It found that Landsat TM imagery’s ability to retrieve pure or near-pure pixels (90% purity or more) from grassland patches smaller than 1 hectare was limited to 13% success, compared to 52% success when upscaling the resolution to 10 x 10 m pixel size. Additionally, the perimeter/area patch metric is proposed as a predictor for the suitability of the spatial resolution of input imagery. Regression analysis showed that there is a strong negative correlation between a patch’s perimeter/area ratio and its pure pixel potential. The study goes on to characterise the spectral response and discrimination potential for the five main grassland types occurring in the study area: recreational grassland, traditional pasture, modern pasture, fodder production grassland and overgrown grassland. This was done through the construction of spectral response curves, a coincident spectral plot and a contingency matrix as well as by calculating the transformed divergence for the spectral signatures, all based on training samples from the TM imagery. Substantial differences in spectral discrimination potential between imagery from the beginning of the growing season and the middle of summer were found. This is because the spectral responses for these five grassland types converge as the peak of the growing season draws nearer. Recreational grassland shows a consistent discrimination advantage over other grassland types, whereas modern pasture is most easily confused. Traditional pasture land, perhaps the most biologically valuable grassland type, can be spectrally discriminated from other grassland types with satisfactory success rates provided early growing season imagery is used.

Avaliação da sazonalidade da produção de serapilheira numa Floresta Estacional Decidual no município de Santa Maria-RS

Durante o período de um ano, foram avaliadas a quantidade de serapilheira depositada e a sazonalidade de sua queda em um ecossistema de Floresta Estacional Decidual, próximo ao município de Santa Maria-RS. Para o estudo foram utilizados 30 coletores de metal de formato circular, com 50 cm de diâmetro, distribuídos de maneira sistemática em seis parcelas de formato retangular, medindo 18 x 20 m, em área com características ambientais semelhantes. O material depositado foi coletado mensalmente, separado em diferentes frações, seco e pesado. A queda de serapilheira foi de 9,2 Mg/ha/ano, apresentando a seguinte composição: 67,8% de folhas, 19,3% de galhos finos e 12,9% de miscelânea (flores, frutos, sementes, outros materiais vegetais). As maiores produções de serapilheira ocorreram entre julho e setembro, no período de inverno, e as menores entre outubro e abril, na primavera e no verão. A deposição de serapilheira apresentou correlações negativas com a temperatura.

Produção de serapilheira em dois estádios sucessionais de floresta estacional semidecidual na Reserva Mata do Paraíso, em Viçosa, MG

Dois trechos de floresta em distintos estádios sucessionais (floresta inicial e floresta madura) foram avaliados quanto à produção de serapilheira durante o período compreendido entre novembro/2003 e outubro/2004. Os objetivos foram estimar a produção anual de serapilheira, verificar a variação temporal de deposição da serapilheira e investigar a existência de correlações entre a estrutura da vegetação e a produção de serapilheira. O estudo foi realizado na Reserva Mata do Paraíso, em Viçosa, MG, onde foram instalados 20 coletores de 1 mº, colocados a 20 cm acima da superfície do solo. Os coletores foram distribuídos no centro de parcelas de formato retangular, medindo 10 x 30 m cada um, e cada trecho de floresta recebeu 10 coletores. A serapilheira coletada mensalmente foi separada nas frações folhas, ramos, flores e frutos/sementes. A produção anual de serapilheira foi estimada em 6.310 kg.ha-1 na floresta inicial e 8.819 kg.ha-1 na floresta madura. A fração predominante foi a foliar (64,6% e 55,9%), seguida das frações ramos (31,2% e 36,4%), frutos e sementes (3,2% e 6,2%) e flores (1,0% e 1,5%), nas florestas inicial e madura, respectivamente. A produção de serapilheira total foi contínua ao longo do período analisado, apresentando modelo sazonal, com os maiores valores no período da primavera. Na fração foliar, o pico de produção foi verificado em setembro, no final da estação seca. A produção de serapilheira esteve mais relacionada à densidade de indivíduos nas parcelas e à sua biomassa do que à presença de espécies pioneiras nos ambientes estudados.

Influência do modelo de análise estatística e da forma das parcelas experimentais na seleção de clones de Eucalyptus spp.

Foram avaliadas três formas de parcelas experimentais (retangular, uma linha - linear e parcela de uma árvore - STP) em testes clonais de Eucalyptus spp, utilizando-se três experimentos, cada um com 18 clones. Foram usados três modelos de análise (mínimos quadrados ordinários - ANOVA tradicional, modelos mistos com fator clone fixo ou com fator clone aleatório - REML/BLUP). Os dois primeiros modelos apresentaram resultados similares. Com REML/BLUP houve estreitamento das predições em relação às amplitudes obtidas com as médias, e essa redução foi proporcionalmente maior com parcelas retangulares e STP. O ordenamento dos clones também foi similar com esses dois tipos de parcelas. É provável que com parcelas STP haja um balanço compensatório das alocompetições, pois se pode trabalhar com maior número de repetições e menor custo. Portanto, com parcelas STP haverá economia de recursos e sem prejuízos para o Programa de Melhoramento Florestal.

Amostragem para inventário florestal com probabilidade de superposição de parcelas circulares

Este trabalho teve o propósito de avaliar uma metodologia de amostragem que propõe o uso de parcelas circulares superpostas em inventários florestais, comparada à amostragem simples ao acaso convencional. Compararam-se os métodos com parcelas retangular e circular de raio fixo e variável (Bitterlich). Os resultados mostraram que o método de parcelas circulares superpostas pode ser aplicado com os estimadores da amostragem simples ao acaso, e o método de Bitterlich pode ser uma alternativa à parcela circular de raio fixo.

Qualidade física e química do solo em áreas de exploração florestal no Mato Grossso

Com o objetivo de avaliar o impacto provocado nos solos sob pátios de estocagem de madeira, bem como a influência do formato dos pátios sobre o processo de degradação nesses locais, foram selecionados cinco pátios em uma área de exploração de madeira, onde predominava solo do tipo Latossolo Vermelho-Amarelo, localizada no Município de Nova Maringá, MT. Foram escolhidos quatro pátios de formato quadrado e um de formato retangular. Em cada pátio, estabeleceram-se três transectos, que adentraram a mata nativa, sendo feitas coletas de solo na profundidade de 0 a 20 cm, em cinco pontos de cada transecto. Essas amostras foram utilizadas para a determinação de textura, argila dispersa em água, umidade na capacidade de campo, estabilidade e distribuição de agregados, análises químicas de rotina, C-total, N-total e C mineralizável. Para a determinação da densidade do solo e densidade de partículas, as amostras foram retiradas nas profundidades de 0 a 5 cm e 15 a 20 cm do transecto central. Os resultados foram submetidos a testes de média (Tukey, P<0,05). Testes de resistência à penetração em cinco pontos de cada pátio e três pontos na mata adjacente foram realizados na época da seca e na época chuvosa. Os resultados mostraram que houve forte degradação nas propriedades dos solos sob pátios de estocagem, observando-se expressivo aumento na densidade do solo e resistência à penetração, bem como diminuição da porosidade total, do DMP dos agregados e dos teores de nutrientes. A utilização de pátios com diferentes formas não minimizou os impactos ambientais.

Análise espacial de fragmentos florestais na Bacia do Rio Itapemirim, ES

Os objetivos deste trabalho foi mapear e analisar a estrutura da paisagem florestal em uma área representativa da Bacia do Rio Itapemirim, ES, por meio de índices de ecologia da paisagem. O mapeamento dos fragmentos florestais foi obtido utilizando técnicas de fotointerpretação na escala de 1:1500 do ortofotomosaico do ano 2007. Para o cálculo dos índices de ecologia, foi utilizada a extensão Patch Analyst dentro do aplicativo computacional ArcGIS 9.3. Foram encontrados 3.285 fragmentos florestais em toda a área, representando 17% de cobertura florestal. Os fragmentos mapeados foram divididos em classes de tamanho, sendo fragmentos pequenos aqueles menores que 5 ha; de tamanho médio aqueles entre 5 e 50 ha; e grandes os maiores que 50 ha. Os fragmentos pequenos encontravam-se em maior número (2.236), seguidos pelos fragmentos de tamanho médio (749) e, por último, pelos fragmentos grandes, que compreenderam apenas 100 manchas. O número de fragmentos de cada classe de tamanho possui relação inversa com a contribuição em área dessa classe dentro da fragmentação florestal. As análises quantitativas por meio de métricas da paisagem foram feitas com os grupos de índices de área; densidade e tamanho, forma; proximidade e área central, sendo este último obtido em diferentes simulações de efeito de borda (20,40, 60, 80, 100, 140 e 200 m). Para todos os índices houve diferenciações com relação às classes de tamanho dos fragmentos florestais. A maior parte dos fragmentos florestais da bacia, são pequenos, menores que 5 ha, sendo que a distância de borda de 100 metros elimina completamente a área central desses fragmentos. Apesar dos fragmentos grandes apresentarem os formatos mais irregulares, estes possuem maior índice de área central, mesmo sob o efeito da maior distância de efeito de borda.

ESTRUTURA DOS FRAGMENTOS FLORESTAIS DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO POXIM-SE, COMO SUBSÍDIO À RESTAURAÇÃO ECOLÓGICA

RESUMOO planejamento para a restauração de extensas áreas fragmentadas tem como ponto de partida a caracterização dos efeitos da fragmentação na paisagem. Assim, este trabalho foi realizado com o objetivo de caracterizar os principais aspectos da fragmentação florestal na bacia hidrográfica do rio Poxim-SE, verificando-se seus possíveis efeitos, através de análises quantitativas da estrutura da paisagem. Para isso, foram utilizados indicadores de paisagem (métricas) selecionados a partir das opções do programa Patch Analyst 5.0. Foram demarcados pontos georreferenciados na área, para relacionar os dados apontados pelas métricas com as informações em campo. Por meio da análise das métricas, observou-se que cerca de 85% dos fragmentos são pequenos. Todos os fragmentos da área apresentam formas irregulares e alto grau de isolamento, com distância média de 657,3 m. Na simulação de uma área de borda de 35 m, a área total seria reduzida em 32% com a exclusão de 28 fragmentos que estariam totalmente sob essa condição. As informações em campo estão de acordo com os indicadores de intensa ação antrópica, o que levou à fragmentação da área. Os efeitos da fragmentação são evidentes na bacia hidrográfica do rio Poxim, e o planejamento de metas para conservação da biodiversidade é necessário para reduzir a ação antrópica nessa área.